Компьютерная графика Mars Express | |
Тип миссии | Орбитальный аппарат Марса |
---|---|
Оператор | ЕКА |
COSPAR ID | 2003-022A |
SATCAT нет. | 27816 |
Веб-сайт | Разведка.esa.int / Марс |
Продолжительность миссии | Прошло: 18 лет, 3 месяца и 25 дней с момента запуска 17 лет, 9 месяцев и 2 дня на Марсе. |
Свойства космического корабля | |
Стартовая масса | 1120 кг (2470 фунтов) |
Сухая масса | 666 кг (1468 фунтов) |
Власть | 460 Вт |
Начало миссии | |
Дата запуска | 2 июня 2003 г., 17:45 UTC ( 2003-06-02UTC17: 45Z) |
Ракета | Союз-ФГ / Фрегат |
Запустить сайт | Байконур 31/6 |
Подрядчик | Starsem |
Параметры орбиты | |
Справочная система | Ареоцентрический |
Эксцентриситет | 0,571 |
Высота Periareion | 298 км (185 миль) |
Высота апоареона | 10,107 км (6280 миль) |
Наклон | 86,3 градуса |
Период | 7,5 часов |
Орбитальный аппарат Марса | |
Компонент космического корабля | Марс Экспресс |
Орбитальная вставка | 25 декабря 2003 г., 03:00 UTC MSD 46206 08:27 AMT |
Посадочный модуль на Марс | |
Компонент космического корабля | Бигль 2 |
Дата посадки | 25 декабря 2003 г., 02:54 UTC |
Знаки отличия ESA Solar System для миссии Mars Express |
Mars Express - это космическая миссия, проводимая Европейским космическим агентством (ESA). Миссия Mars Express исследует планету Марс и является первой планетарной миссией, предпринятой агентством. «Экспресс» первоначально обозначал скорость и эффективность, с которой космический корабль был спроектирован и построен. Однако "Экспресс" также описывает относительно короткое межпланетное путешествие космического корабля в результате запуска, когда орбиты Земли и Марса приблизили их ближе, чем они были примерно за 60 000 лет.
Mars Express состоит из двух частей: орбитального аппарата Mars Express и посадочного модуля Beagle 2, предназначенного для выполнения экзобиологических и геохимических исследований. Хотя спускаемый аппарат не смог полностью развернуться после приземления на поверхность Марса, орбитальный аппарат успешно выполняет научные измерения с начала 2004 года, а именно: получение изображений с высоким разрешением и минералогическое картирование поверхности, радиолокационное зондирование подповерхностной структуры вплоть до вечной мерзлоты., точное определение атмосферной циркуляции и состава, а также изучение взаимодействия атмосферы с межпланетной средой.
Из-за ценных результатов научных исследований и очень гибкого профиля миссии Mars Express было предоставлено несколько продлений миссии. Последний был утвержден 1 октября 2020 года и продлится до 31 декабря 2022 года.
Некоторые инструменты на орбитальном аппарате, включая системы камер и некоторые спектрометры, повторяют конструкцию неудачного запуска российской миссии « Марс-96 » в 1996 году (европейские страны предоставили большую часть инструментов и средств для этой неудачной миссии). Дизайн Mars Express основан на миссии ЕКА Rosetta, на разработку которой была потрачена значительная сумма. Та же самая конструкция использовалась и в миссии ESA Venus Express, чтобы повысить надежность и сократить затраты и время на разработку. Из-за этих модификаций и перепрофилирования общая стоимость проекта составила около 345 миллионов долларов, что меньше половины сопоставимых миссий США.
Прибыв на Марс в 2003 году, 17 лет, 9 месяцев и 2 дня назад (и это количество продолжает расти), это второй по продолжительности сохранившийся, постоянно активный космический корабль на орбите не Земли, а только все еще действующий НАСА 2001 Mars Odyssey.
Миссия Mars Express посвящена орбитальному (и первоначально на месте) изучению внутренней части, недр, поверхности и атмосферы, а также окружающей среды планеты Марс. Научные цели миссии Mars Express представляют собой попытку частично выполнить утраченные научные цели российской миссии Mars 96, дополненные исследованиями экзобиологии с помощью Beagle-2. Исследование Марса имеет решающее значение для лучшего понимания Земли с точки зрения сравнительной планетологии.
Первоначально на космическом корабле было семь научных инструментов, небольшой спускаемый аппарат, реле спускаемого аппарата и камера визуального наблюдения, все они были разработаны, чтобы помочь разгадать загадку отсутствия воды на Марсе. Все инструменты проводят измерения поверхности, атмосферы и межпланетных сред с главного космического корабля на полярной орбите, что позволит ему постепенно покрыть всю планету.
Общий первоначальный бюджет Mars Express без учета посадочного модуля составлял 150 миллионов евро. Генеральным подрядчиком строительства орбитального корабля Mars Express выступила компания EADS Astrium Satellites.
В годы, предшествовавшие запуску космического корабля, многочисленные группы специалистов, распределенные по участвующим компаниям и организациям, подготовили космический и наземный сегменты. Каждая из этих команд сфокусировалась на своей сфере ответственности и взаимодействии по мере необходимости. Основным дополнительным требованием, предъявляемым к фазе запуска и ранней орбиты (LEOP) и всем критическим операционным фазам, было то, что недостаточно просто взаимодействовать; команды должны были быть объединены в одну группу управления полетами. Все разные эксперты должны были работать вместе в операционной среде, а взаимодействие и интерфейсы между всеми элементами системы (программным, аппаратным и человеческим) должны были работать бесперебойно, чтобы это произошло:
Космический корабль был запущен 2 июня 2003 года в 23:45 по местному времени (17:45 UT, 13:45 EDT) с космодрома Байконур в Казахстане с помощью ракеты " Союз-ФГ / Фрегат ". Ракета- носитель « Марс Экспресс» и «Фрегат» сначала были выведены на орбиту стоянки Земли на 200 км, затем в 19:14 UT был запущен снова «Фрегат», чтобы вывести космический корабль на переходную орбиту Марса. «Фрегат» и « Марс-экспресс» разошлись примерно в 19:17 UT. Затем были развернуты солнечные панели, и 4 июня был выполнен маневр по коррекции траектории, чтобы навести Mars Express на Марс и позволить ракете-носителю Fregat выйти в межпланетное пространство. Mars Express был первым русским запущен зонд успешно сделать это с низкой околоземной орбиты, так как Советский Союз распался.
Этап ввода в эксплуатацию в околоземном пространстве продолжался от отделения космического корабля от верхней ступени ракеты-носителя до завершения первоначальной проверки выхода орбитального аппарата и полезной нагрузки. Он включал в себя развертывание солнечной батареи, первоначальное определение положения, отключение механизма раскрутки Бигля-2, маневр с исправлением ошибок впрыска и первый ввод в эксплуатацию космического корабля и полезной нагрузки (окончательный ввод полезной нагрузки состоялся после вывода на орбиту Марса). Полезная нагрузка проверялась по одному инструменту за раз. Этот этап длился около месяца.
Эта пятимесячная фаза длилась от завершения фазы околоземного ввода в эксплуатацию до одного месяца до маневра по захвату Марса и включала в себя маневры по коррекции траектории и калибровку полезной нагрузки. Полезная нагрузка в основном отключалась на этапе крейсерского полета, за исключением некоторых промежуточных выездов. Хотя изначально предполагалось, что это будет этап «тихого круиза», вскоре стало очевидно, что этот «круиз» действительно будет очень загруженным. Были проблемы со звездным трекером, проблема с силовой проводкой, дополнительные маневры, и 28 октября на космический корабль произошла одна из крупнейших когда-либо зарегистрированных солнечных вспышек.
Beagle 2 спускаемый аппарат был выпущен 19 декабря 2003 года в 8:31 UTC (9:31 CET) на баллистический круиз по направлению к поверхности. Он вошел в атмосферу Марса утром 25 декабря. Посадка должна была произойти примерно в 02:45 UT 25 декабря (21:45 EST 24 декабря). Однако после того, как неоднократные попытки связаться с посадочным модулем с использованием корабля Mars Express и орбитального аппарата NASA Mars Odyssey оказались неудачными, 6 февраля 2004 года совет директоров Beagle 2 объявил его потерянным. Было проведено расследование, результаты которого были опубликованы позже в том же году.
Марс Экспресс прибыл на Марс после 400 миллионов километров пути и корректировки курса в сентябре и декабре 2003 года.
20 декабря « Марс Экспресс» произвел короткую ракетную очередь, чтобы вывести его на орбиту планеты. Затем орбитальный аппарат Mars Express запустил свой главный двигатель и вышел на высокоэллиптическую орбиту начального захвата 250 км × 150 000 км с наклоном 25 градусов 25 декабря в 03:00 UT (22:00, 24 декабря EST).
Первая оценка выхода на орбиту показала, что орбитальный аппарат достиг своего первого рубежа на Марсе. Позже орбита была скорректирована еще четырьмя пусками главного двигателя на желаемую околополярную (наклон 86 градусов) орбиту 259 км × 11 560 км с периодом 7,5 часов. Вблизи периапсиса (ближайшего к Марсу) верхняя палуба направлена вниз к поверхности Марса, а около апоапсиса (самого дальнего от Марса на его орбите) антенна с высоким коэффициентом усиления будет направлена на Землю для восходящей и нисходящей линий связи.
Через 100 дней апоапсис был снижен до 10 107 км, а периапсис увеличен до 298 км, чтобы обеспечить период обращения по орбите 6,7 часа.
4 мая 2005 года компания Mars Express развернула первую из своих двух 20-метровых радарных стрел для эксперимента MARSIS (Марсианский усовершенствованный радар для зондирования недр и ионосферы). Сначала стрела не зафиксировалась полностью; тем не менее, 10 мая нахождение на солнечном свете на несколько минут устранило проблему. Вторая 20-метровая стрела была успешно развернута 14 июня. Обе 20-метровые стрелы были необходимы для создания 40-метровой дипольной антенны для работы MARSIS; менее важная 7-метровая несимметричная антенна была развернута 17 июня. Изначально планировалось, что радарные стрелы будут развернуты в апреле 2004 года, но это было отложено из-за опасений, что развертывание может повредить космический корабль из-за хлыстового эффекта. Из-за задержки было решено разделить четырехнедельную фазу ввода в эксплуатацию на две части: две недели до 4 июля и еще две недели в декабре 2005 года.
Развертывание стрел было критически важной и очень сложной задачей, требующей эффективного межведомственного сотрудничества ЕКА, НАСА, промышленности и государственных университетов.
Номинальные научные наблюдения начались в июле 2005 г. (Для получения дополнительной информации см. Портал ESA - радар Mars Express, готовый к работе, пресс-релиз ESA).
Операции для Mars Express выполняются многонациональной командой инженеров из Операционного центра ESA ( ESOC ) в Дармштадте. Команда начала подготовку к миссии примерно за 3–4 года до фактического запуска. Это включало подготовку наземного сегмента и оперативных процедур для всей миссии.
Группа управления полетом состоит из группы управления полетом, группы динамики полета, менеджеров наземных операций, инженеров по поддержке программного обеспечения и наземного оборудования. Все они расположены в ESOC, но есть и внешние команды, такие как группы поддержки проектов и индустрии, которые спроектировали и построили космический корабль. В настоящее время в состав группы управления полетом входят:
Создание команды во главе с менеджером по эксплуатации космических аппаратов началось примерно за 4 года до запуска. От него требовалось нанять подходящую команду инженеров, которая могла бы справиться с различными задачами, связанными с миссией. Для Mars Express инженеры пришли из различных других миссий. Большинство из них было связано со спутниками на околоземной орбите.
С момента выхода на орбиту Mars Express постепенно выполняет свои первоначальные научные цели. Номинально космический корабль указывает на Марс при получении научных данных, а затем поворачивается на Землю, указывая на Землю для передачи данных, хотя некоторые инструменты, такие как Марсис или Radio Science, могут работать, пока космический корабль указывает на Землю.
Mars Express Orbiter представляет собой куб-образный космический корабль с двумя панели солнечных крыльев, простирающихся с противоположных сторон. Стартовая масса 1223 кг включает основной автобус со 113 кг полезной нагрузки, посадочный модуль 60 кг и 457 кг топлива. Основной корпус имеет размеры 1,5 × 1,8 × 1,4 м с алюминиевой сотовой структурой, покрытой алюминиевой обшивкой. Панели солнечных батарей имеют длину около 12 м от кончика до кончика. Две проволочные дипольные антенны длиной 20 м выходят с противоположных боковых сторон перпендикулярно солнечным панелям как часть радиолокационного оповещателя.
Ракета-носитель "Союз / Фрегат" обеспечивала большую часть тяги, необходимой Mars Express для достижения Марса. Последняя ступень «Фрегата» была выброшена, как только зонд благополучно взлетел на курс к Марсу. Бортовые средства движения космического корабля использовались для замедления зонда при выводе на орбиту Марса, а затем для корректировки орбиты.
Корпус построен вокруг главной силовой установки, состоящей из двухкомпонентного двигателя мощностью 400 Н. Два 267-литровых топливных бака имеют общую емкость 595 кг. Для номинального полета необходимо примерно 370 кг. Гелий под давлением из 35-литрового бака используется для нагнетания топлива в двигатель. Коррекция траектории будет производиться с помощью набора из восьми двигателей 10 Н, по одному на каждом углу автобуса космического корабля. Конфигурация корабля оптимизирована для корабля "Союз / Фрегат" и полностью совместима с ракетой-носителем " Дельта II".
Энергия космического корабля обеспечивается солнечными батареями, которые содержат 11,42 квадратных метра кремниевых элементов. Первоначально запланированная мощность должна была составлять 660 Вт при 1,5 AU, но из-за неисправного соединения доступная мощность снизилась на 30%, примерно до 460 Вт. Эта потеря мощности существенно влияет на научную отдачу от миссии. Энергия хранится в трех литий-ионных батареях общей емкостью 64,8 Ач для использования во время затмений. Питание полностью регулируется на уровне 28 В, а силовой модуль Terma (также используемый в Rosetta ) является резервным. Во время штатной фазы потребляемая мощность космического корабля находится в диапазоне 450–550 Вт.
Контроль ориентации (3-осевая стабилизация) достигается с помощью двух 3-осевых инерциальных измерительных блоков, набора из двух звездообразных камер и двух датчиков Солнца, гироскопов, акселерометров и четырех опорных колес 12 Н м с. Точность наведения составляет 0,04 градуса по отношению к инерциальной системе отсчета и 0,8 градуса по отношению к орбитальной системе координат Марса. Три бортовые системы помогают Mars Express поддерживать очень точную точность наведения, которая необходима для обеспечения связи космического корабля с 35-метровой и 70-метровой антеннами на Земле на расстоянии до 400 миллионов километров.
Подсистема связи состоит из 3 антенн: параболической тарельчатой антенны с высоким коэффициентом усиления диаметром 1,6 м и двух всенаправленных антенн. Первый обеспечивает каналы связи (восходящий канал телекоманд и нисходящий канал телеметрии) как в Х-диапазоне (8,4 ГГц), так и в диапазоне S (2,1 ГГц) и используется во время номинальной фазы научных исследований вокруг Марса. Антенны с низким коэффициентом усиления используются во время запуска и первых операций на Марс, а также в случае непредвиденных обстоятельств после выхода на орбиту. Две антенны УВЧ-ретранслятора посадочного модуля Mars установлены на верхней стороне для связи с Beagle 2 или другими посадочными модулями с помощью приемопередатчика Melacom.
Хотя изначально планировалось, что связь с Землей будет осуществляться с помощью наземной станции ESA шириной 35 метров в Новой Норсии (Австралия), станции New Norcia, профиль миссии, заключающийся в постепенном улучшении и гибкости научных результатов, вызвал использование наземных станций ESA ESTRACK в Станция Cebreros, Мадрид, Испания и станция Malargüe, Аргентина.
Кроме того, дальнейшие соглашения с NASA Deep Space Network сделали возможным использование американских станций для номинального планирования миссий, тем самым увеличивая сложность, но с очевидным положительным влиянием на научную отдачу.
Это межведомственное сотрудничество оказалось эффективным, гибким и полезным для обеих сторон. С технической стороны это стало возможным (среди прочего) благодаря принятию обоими агентствами стандартов космической связи, определенных в CCSDS.
Температурный контроль поддерживается за счет использования радиаторов, многослойной изоляции и активно регулируемых обогревателей. Космический корабль должен обеспечивать благоприятную среду для приборов и бортового оборудования. Два прибора, PFS и OMEGA, оснащены инфракрасными детекторами, которые необходимо хранить при очень низких температурах (около -180 ° C). Датчики камеры (HRSC) также необходимо хранить в прохладном месте. Но остальные приборы и бортовое оборудование лучше всего работают при комнатной температуре (10–20 ° C).
Космический корабль покрыт позолоченными тепловыми одеялами из алюминиево-оловянного сплава для поддержания температуры 10–20 ° C внутри космического корабля. Приборы, работающие при низких температурах, которые необходимо хранить в холодном состоянии, теплоизолированы от этой относительно высокой внутренней температуры и излучают избыточное тепло в пространство с помощью прикрепленных радиаторов.
Космический корабль управляется двумя блоками управления и управления данными с 12 гигабитами твердотельной массовой памяти для хранения данных и служебной информации для передачи. Бортовые компьютеры управляют всеми аспектами функционирования космического корабля, включая включение и выключение приборов, оценку ориентации космического корабля в пространстве и выдачу команд на ее изменение.
Еще один ключевой аспект миссии Mars Express - это инструмент искусственного интеллекта (MEXAR2). Основная цель инструмента искусственного интеллекта - планирование времени загрузки различных частей собранных научных данных обратно на Землю, процесс, который раньше занимал у наземных диспетчеров значительное количество времени. Новый инструмент AI экономит время оператора, оптимизирует использование полосы пропускания в DSN, предотвращает потерю данных, а также позволяет лучше использовать DSN для других космических операций. ИИ решает, как управлять 12 гигабитами памяти космического корабля, когда DSN будет доступен и не будет использоваться другой миссией, как наилучшим образом использовать выделенную ему полосу пропускания DSN и когда космический корабль будет ориентирован. правильно передать обратно на Землю.
Цели посадочного модуля « Бигл-2 » заключались в том, чтобы охарактеризовать геологию, минералогию и геохимию места посадки, физические свойства атмосферы и поверхностных слоев, собрать данные по марсианской метеорологии и климатологии и найти возможные признаки жизни. Однако попытка приземления оказалась неудачной, и посадочный модуль был объявлен потерянным. Комиссия по расследованию « Бигля-2» выявила несколько возможных причин, включая проблемы с подушками безопасности, серьезные удары по электронике посадочного модуля, которые не смоделировались должным образом перед запуском, и проблемы со столкновением частей системы посадки; но не смог прийти к каким-либо твердым выводам. Судьба космического корабля оставалась загадкой, пока в январе 2015 года не было объявлено, что орбитальный аппарат NASA Mars Reconnaissance Orbiter с помощью HiRISE обнаружил зонд неповрежденным на поверхности Марса. Затем было определено, что ошибка помешала двум из четырех солнечных панелей космического корабля развернуться, заблокировав связь космического корабля. Beagle 2 был первым британским и первым европейским зондом, совершившим посадку на Марс.
Научные цели полезной нагрузки Mars Express - получение глобальной фотогеологии с высоким разрешением (разрешение 10 м), минералогическое картирование (разрешение 100 м) и составление карты атмосферы, изучение подповерхностной структуры, глобальной атмосферной циркуляции и взаимодействие атмосферы и недр, а также атмосферы и межпланетной среды. Общая масса, заложенная в научную полезную нагрузку, составляет 116 кг. Научные инструменты полезной нагрузки:
На более чем 20 000 орбит инструменты полезной нагрузки Mars Express номинально и регулярно эксплуатируются. Камера HRSC постоянно наносила на карту поверхность Марса с беспрецедентным разрешением и получила несколько изображений.
Внешний образ | |
---|---|
Регион Cydonia © ESA / DLR Credit - 13,7 м / пиксель |